本科生學(xué)年論文（設(shè)計）論文（設(shè)計）題目電生物技術(shù)在水處理中的進展研究作者分院、專業(yè)理工分院環(huán)境科學(xué)班級環(huán)科指導(dǎo)教師（職稱）字數(shù)成果完成時間電生物技術(shù)在水處理中的進展研究摘要介紹了電生物強化技術(shù)的機理及該技術(shù)的主要影響因素和電生物反應(yīng)器的發(fā)展，總結(jié)了該技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用情況并針對在基礎(chǔ)研究和工程應(yīng)用中存在的主要問題，提出了未來研究方向。關(guān)鍵字電生物強化影響因素電生物反應(yīng)器廢水處理電生物耦合技術(shù)偶氮染料廢水水解好氧接觸氧化PROGRESSINRESEARCHOFBIOLOGICALTECHNOLOGYINWATERTREATMENTABSTRACTINTRODUCESTHEELECTRICALANDTHEMECHANISMOFTHEBIOLOGICALSTRENGTHENINGTECHNOLOGYANDTHEMAININFLUENCINGFACTORSOFTHISTECHNOLOGYANDTHEDEVELOPMENTOFTHEELECTRICBIOREACTOR,THEAPPLICATIONOFTHISTECHNOLOGYINWASTEWATERTREATMENTARESUMMARIZEDANDTHEBASICRESEARCHANDENGINEERINGAPPLICATION,THEMAINPROBLEMSINTHEFUTURERESEARCHDIRECTIONAREPUTFORWARDKEYWORDSELECTRICMICROORGANISMINFLUENCINGFACTORSELECTRICBIOREACTORWASTEWATERTREATMENTELECTRICITYBIOLOGICALCOUPLINGTECHNOLOGYAZODYEWASTEWATERHYDROLYSISAEROBICCONTACTOXIDATION目錄1研究背景32電生物技術(shù)的原理33電生物技術(shù)的研究進展34電生物耦合技術(shù)對偶氮染料廢水處理的研究進展35展望3參考文獻3電生物技術(shù)在水處理中的進展研究1研究背景隨著世界各國現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展,能源的需求量也隨之急劇增加,但二十世紀末以來,我們卻面臨著燃料煤炭、化石能源日益枯竭,新能源的開發(fā)緩慢、能源費用上漲的挑戰(zhàn),因而節(jié)約有限能源、降低工業(yè)生產(chǎn)中的能耗是當務(wù)之急。電化學(xué)科學(xué)的研究恰好適應(yīng)了這種要求,電化學(xué)科學(xué)是以研究如何加速電極上電催化反應(yīng)速度、降低電極電位為研究內(nèi)容,與節(jié)能降耗密切相關(guān),特別是在強電流電解過程中的節(jié)能,采用電催化電極更是起了巨大的作用因此,高效、穩(wěn)定的電催化電極的研究、開發(fā)是電催化科學(xué)研究的重要課題而且,電化學(xué)水處理技術(shù)因其具有多功能性、高度的靈活性、易于自動化、無二次污染等其它水處理技術(shù)無法比擬的優(yōu)點,正成為國內(nèi)外水處理技術(shù)研究的熱點課題,尤其對那些難于生化降解、對人類健康危害極大的“三致”致癌、致畸、致突變有機污染物的去除具有很高的效率,并且又能節(jié)省大量的能源。因而,電化學(xué)水處理技術(shù)近年來已成為世界水處理技術(shù)相當活躍的研究領(lǐng)域,受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注14。世紀后期出現(xiàn)了以電為基礎(chǔ)，將電場和生物結(jié)合來處理廢水的新型水處理技術(shù)。國外報道最早的是1988年UFUCHS等1將生物處理方法與電化學(xué)方法結(jié)合起來，應(yīng)用于反硝化除氮的研究。1992年，RBMELLOR等2首次采用電極生物反應(yīng)器進行反硝化實驗，使NH3N、NOX的去除率分別達到95和85以上，實現(xiàn)較好的反硝化效果?？挡┑?采用生物膜電極對氨基二甲基苯胺進行降解，5H后取得了100的去除率，相同條件下單純的生物法降解對氨基二甲基苯胺時，去除率僅達到1334。此外，有研究者對染料廢水、苯酚廢水、硝基苯類廢水等均進行了研究，取得了較理想的效果。將電場與生物處理結(jié)合，可充分發(fā)揮各自的長處，實現(xiàn)互補和增強而這種結(jié)合所產(chǎn)生的水處理新工藝將具有巨大潛力和應(yīng)用前景。2電生物技術(shù)的原理外電場的促進作用主要是利用電化學(xué)過程或者電解反應(yīng)中產(chǎn)生的活性物質(zhì)促進微生物的生長，并利用電解微生物的協(xié)同作用而使水中的某些污染物降解和凈化。電微生物系統(tǒng)是一個復(fù)雜的多酶系統(tǒng)，總結(jié)國內(nèi)外文獻，目前認為電流的促進作用可能由幾下幾方面引起（1）在外加電流的刺激下，細胞膜可能擴大，使營養(yǎng)物質(zhì)容易通過細胞膜，促進微生物生長，CHANG等5研究認為直流電可用來刺激固定化細胞得到140增長，可能是通過電滲析和電泳的作用加強了固定化介質(zhì)中有害物質(zhì)的去除，并增加了葡萄糖的補給。（2）微生物處于特定電場中，可能產(chǎn)生電催化作用，激活或增強某些酶的活性，從而促進酶的生物活性反應(yīng)，提高微生物的廢物處理能力，王耀發(fā)等6研究結(jié)果表明，應(yīng)用小幅值交變電化學(xué)（E10MVCM2）可以影響細胞的代謝過程、細胞的基因表達、細胞增殖、酶活力、膜轉(zhuǎn)移和細胞膜的通透性，影響細胞內(nèi)的自由基反應(yīng)和生物高分子的合成。（3）電解可以產(chǎn)生氫或氧，有利于需要它們的菌類作為營養(yǎng)源。細菌THIOBACILLUSFERROOXIDANS可將FE2氧化為FE3而生長，通過電化學(xué)反應(yīng)可源源不斷地提供FE2或?qū)E3再生為FE2，從而增加細菌的生物量，這項技術(shù)現(xiàn)已得到利用7。生物膜電極進行反硝化作用時，H從生物膜外因外電場吸引力作用而穿透生物膜向內(nèi)擴散，生物膜中的微生物能夠高效利用H進行反硝化作用8，且陰極上產(chǎn)生的氫氣又通過生物膜溢出，在生物膜附近形成了缺氧環(huán)境，有利于反硝化細菌的生長。（4）難生物降解的物質(zhì)在電極上經(jīng)電化學(xué)作用轉(zhuǎn)化為生物可利用的中間產(chǎn)物，這些中間產(chǎn)物難以進一步電解氧化，但是可直接被微生物利用，作為碳源或能源，實現(xiàn)污染物的去除。另外，直流電極直接還原去除金屬離子、利用電泳現(xiàn)象吸附離子配合物，可能使微生物降解污染物過程中產(chǎn)生的有害代謝產(chǎn)物及時在電極上去除，以維持微生物生長的良好環(huán)境，使微生物在較長時間里保持活性穩(wěn)定。3電生物技術(shù)的研究進展電生物耦合技術(shù)是近幾年才發(fā)展起來的一種以電化學(xué)和微生物對污染物的降解作用為基礎(chǔ)的新型廢水處理技術(shù)。該技術(shù)在外電場的促進作用下，利用電化學(xué)過程中產(chǎn)生的活性物質(zhì)促進微生物生長，并通過電化學(xué)與微生物的協(xié)同作用而使水中的污染物得到降解和凈化。通過在電極上進行微生物掛膜、微電流馴化等方法制得附有微生物的電極，之后在電極間通以電流進行電解，電解時陰極表面產(chǎn)生的氫被固著在陰極表面的生物高效利用，達到反硝化效果。最早應(yīng)用在廢水的反硝化脫氮處理中。利用反硝化細菌將廢水中硝酸鹽氮還原成氨氮進而實現(xiàn)脫氮的目的。電生物耦合技術(shù)已經(jīng)取得了不錯的成果，尤其是在處理含低濃度硝酸鹽氮的飲用水和地下水等方面。4電生物耦合技術(shù)對偶氮染料廢水處理的研究進展國外學(xué)者最早對電生物耦合技術(shù)的研究最多的是反硝化脫氮，近年來國內(nèi)學(xué)者對電生物耦合技術(shù)處理偶氮染料廢水也進行了一定的研究。趙玉華等9利用電生物耦合法對偶氮染料廢水去除效果進行了試驗研究。試驗采用的偶氮染料活性艷紅X3B模擬廢水分別由電生物耦合水解好氧接觸氧化工藝和生物水解好氧接觸氧化工藝處理來進行處理效能對比。結(jié)果表明在施加微型直流電場或是交流電場的條件下，電生物水解反應(yīng)器對廢水的處理效果比生物水解反應(yīng)器更好。在穩(wěn)定的運行階段，當直流電流密度為0071MA/CM2時，由電生物水解反應(yīng)器處理的活性艷紅X3B料平均去除率為8599，由電生物耦合水解接觸氧化工藝對染料的平均去除率為9603。在同一時期，生物水解反應(yīng)器處理的活性艷紅X3B染料平均去除率為423，生物水解MBR工藝為8484。隨著直流電流密度的增加，染料去除率也大幅度地提高。電生物水解反應(yīng)器中所釋放的氨氮含量比生物水解反應(yīng)器更多，這說明前者反應(yīng)器的水解反應(yīng)比后者的更徹底。曹宏斌等10在電生物耦合技術(shù)處理酸性紅A染料廢水的試驗中，分別研究了該技術(shù)處理濃度為74MGL1的酸性紅A有機廢水的影響因素，其中包括電解電流、陽極材質(zhì)、甲醇濃度和氯離子濃度。結(jié)果顯示，甲醇可以作為微生物代謝酸性紅A的共代謝基質(zhì)。當外加電流為300MA時，水中酸性紅A和CODCR的去除率分別為79和84，去除率均高于未施加電流時的59和76。當鐵作為陽極時，除了部分有機分子被電極氧化外，部分鐵還會被溶解，生成FE3或FE2，這兩種離子很容易與ARA結(jié)合生產(chǎn)沉淀，這樣可以提高了酸性紅A的去除速率，但是會產(chǎn)生大量的絮凝沉淀物質(zhì)。但如果電解電流過高（超過100MA），填料表面生物膜內(nèi)微生物的活性將受到抑制。5展望電生物耦合技術(shù)作為一種新型的水處理技術(shù)，仍處于探索階段，需要不斷拓展新的應(yīng)用領(lǐng)域。到目前為止，電生物耦合技術(shù)對處理某一類染廢水的研究比較集中，但對不同染料廢水的對比研究卻很少；電化學(xué)的其他方面如電遷移作用、陽極反應(yīng)等在微生物體系中應(yīng)用研究也很少。同時，還需開發(fā)出更加低能耗、高效的復(fù)合型電生物反應(yīng)器，使電化學(xué)和微生物之間的耦合作用得以充分發(fā)揮。因此，應(yīng)深入探究電化學(xué)與微生物反應(yīng)之間的相互作用，深化其機理，尋找二者結(jié)合的新方法，充分發(fā)揮二者各自的優(yōu)勢，彌補對方的不足，從而進一步促進電生物耦合技術(shù)的發(fā)展11。參考文獻1馮玉杰電化學(xué)技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用M北京化學(xué)工業(yè)出版社20025,6070,76942GATTRELLD,WKIRKDSTUDYOFELECTRODEPASSIVITYDURINGAQUCOUSPHENOLELECTROLYSISJJOURNALOFTHEELECTROCHEMICALSOCIETY,199314049039113GANDINID,MAHEE,MICHAAUDPA,ETALOXIDATIONOFCARBOXYLICACIDSATBORONDOPEDDIAMONDELECTRODESFORWASTEWATERJJOURN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